贫预混燃气涡轮机燃烧的改善调低排放的二元燃料分级方案制造技术

一种用于对在具有压缩机区段和涡轮机区段的燃气涡轮机的燃烧系统中的预混器进行分级的方法。该方法包括提供多个燃烧器，每个燃烧器包括预混器，其中来自压缩机区段的压缩空气被提供给预混器。该方法还包括提供多个燃料回路，这些燃料回路将燃料输送到预混器，以提供用于燃烧系统中的燃烧的预混合空气和燃料。此外，该方法包括根据底数为二的幂模式将预混器与每个燃料回路相关联。此外，该方法包括通过激活或停用相关联的燃料回路以分别向预混器输送燃料或停止至预混器的燃料输送，来分阶段地激活或停用预混器，其中连续级之间的分级步长根据底数为二的幂分级方案而定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】贫预混燃气涡轮机燃烧的改善调低排放的二元燃料分级方案以下专利和专利申请的全部公开以其全文通过引用结合于此：授权于2004年3月2日并且题为“CombustionChamber”的美国专利No.6,698,206；授权于2004年5月11日并且题为“CombustionChamber”的美国专利No.6,732,527；授权于2010年11月30日并且题为“GasTurbineEngineCombustionSystems”的美国专利No.7,841,181；授权于2014年11月11日并且题为“GasTurbineEnginePremixInjectors”的美国专利No.8,881,531；提交于2017年2月3日并且题为“CombustorwithThree-DimensionalLatticePremixer”的国际申请No.PCT/US17/16420；提交于2017年2月3日并且题为“MethodforNormalizingFuel-AirMixtureWithinaCombustor”的国际申请No.PCT/US17/16391。
本专利技术涉及一种用于对在燃烧系统中的预混器进行分级的方法，并且更具体地涉及一种方法，在所述方法中，燃料回路被分阶段地激活或停用，以分别向预混器输送燃料或停止至预混器的燃料输送，其中连续级之间的分级步长根据底数为二的幂分级方案而定。
技术介绍
在诸如燃气涡轮机之类的用于能量转换的各种多级涡轮机械中，流体用于产生旋转运动。参考图1，示意性示出了燃气涡轮机10。涡轮机10包括压缩机区段12，压缩机区段12吸入环境空气14并且将压缩空气16输送到燃烧区段18。燃料供给20将燃料22输送到燃烧区段18，在燃烧区段18中，燃料22与压缩空气16组合，并且燃料22被燃烧以产生高温燃烧气体24。燃烧气体24通过涡轮机区段26膨胀，涡轮机区段26包括一系列的成排的静止叶片和转子叶片。燃烧气体24致使转子叶片旋转以产生轴马力，以用于驱动压缩机12和负载，诸如发电机28。膨胀气体30要么直接排出到大气，要么在联合循环设备中，可以通过热回收蒸汽发生器排出到大气。燃气涡轮机产生的废气可能包括某些排放物，诸如氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和未燃烧的碳氢化合物（UHC）。所期望的是在将废气释放到大气中之前消除或实质减少废气中的这种排放的量。一种用于减少排放的方法包括在燃气涡轮机中使用干式低排放（DLE）燃烧系统。在这种系统中，使用已知的预混合燃烧过程，其中压缩空气16和燃料22在燃烧之前在预混器元件（预混器）中预混合，以提供空气和燃料的适当混合物，该混合物通过控制燃烧室火焰温度来减少排放。利用DLE燃烧系统的许多燃气涡轮机使用压缩空气排气系统，以确保当燃气涡轮机在部分功率下或在寒冷环境条件期间运行时符合排放标准。然而，由于来自压缩机的高焓空气被排出，因此这种排气系统导致燃气涡轮机的不合期望的热效率损失。
技术实现思路
公开了一种用于对在具有压缩机区段和涡轮机区段的燃气涡轮机的燃烧系统中的燃料回路进行分级的方法。该方法包括提供多个燃烧器，每个燃烧器包括预混器，其中来自压缩机区段的压缩空气被提供给预混器。该方法还包括提供多个燃料回路，这些燃料回路将燃料输送到预混器，以提供用于在燃烧系统中燃烧的预混合空气和燃料。此外，该方法包括根据底数为二的幂模式将预混器与每个燃料回路相关联。此外，该方法包括通过激活或停用相关联的燃料回路以分别向预混器输送燃料或停止至预混器的燃料输送，来分阶段地激活或停用预混器，其中连续级之间的分级步长根据底数为二的幂分级方案而定。本领域技术人员可以以任何组合或子组合的方式联合或分别应用本专利技术的相应特征。附图说明在以下详细描述中结合附图进一步描述了本专利技术的示例性实施例，在附图中：图1描绘了燃气涡轮机的示意图。图2示出了用于对燃气涡轮机中的预混器进行分级的二元分级配置的燃料回路/块调度阀（BSV）布置结构。图3描绘了用于预混器或燃烧器的二元分级方案的实现方式。图4是描绘燃气涡轮机的示例性燃烧器火焰温度相对于燃烧室入口温度的曲线图。图5是燃气涡轮机的示例性燃烧区段的示意性横截面视图。图6A和图6B描绘了用于对关于图5所描述的燃烧器进行分级的二元分级方案。图7是燃气涡轮机燃烧区段的替代实施例的示意性横截面视图。图8A和图8B描绘了用于对关于图7所描述的预混器进行分级的二元分级方案。图9是燃气涡轮机的燃烧区段的另一实施例的示意性横截面视图。图10A和图10B描绘了用于对关于图9所描述的预混器进行分级的二元分级方案。图11是在燃烧系统中使用的示例性单个集成瓦片的视图。图12描绘了用于单个集成瓦片的预混器和燃料回路布置结构。图13示出了用于对包括在关于图12所描述的单个瓦片中的预混器进行分级的二元分级方案。为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同的附图标记来指代附图中共有的相同元件。这些附图未按比例绘制。具体实施方式尽管本文中已经详细示出和描述了结合本公开的教导的各种实施例，但是本领域技术人员可以容易地设计出仍然结合这些教导的许多其他变化的实施例。本公开的范围在其应用方面不限于说明书中所阐述或附图中所图示的示例性实施例的构造细节和部件的布置结构。本公开包含其他实施例以及以各种方式被实践或实行的实施例。此外，应当理解，本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为是限制性的。本文中对“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用旨在包含其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有指定或限制，否则术语“被安装”、“被连接”、“被支撑”和“被耦合”及其变体被广泛使用，并且包含直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，“被连接”和“被耦合”不限制于物理或机械的连接或耦合。在本专利技术的方面中，利用二元分级方案以便对所选的预混器或燃烧器的激活或停用（deactivation）进行分级或排序，以便将燃烧室火焰温度维持在适合于减少燃气涡轮机排放的期望范围内。图2示出了用于燃气涡轮机中分级预混器的二元分级配置的燃料回路/块调度阀（BSV）布置结构40。来自燃料供给42的燃料经由相关联的燃料回路46被输送到相关联的预混器或燃烧器（即燃烧室）44的组或子集。每个燃料回路46包括诸如已知的块调度阀（BSV）48的单个燃料阀48，其控制至相关联的预混器或燃烧器44的燃料输送。特别地，每个BSV48要么打开以向相关联的预混器或燃烧器44输送燃料（即，激活燃料回路46和预混器或燃烧器44），要么关闭以停止向相关联的预混器或燃烧器44输送燃料（即，停用燃料回路和预混器或燃烧器44）。从燃料供给42到燃料控制阀48的燃料输送由已知的燃料计量阀（FMV）50控制。BSV48和燃料计量阀50由控制器控制。根据本专利技术的实施例，底数为2的幂模式用于确定与每个燃料回路46或BSV48相关联的预混器或燃烧器44的数量。与BSV48（以及相关联的燃料回路46）相关联的预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对在具有压缩机区段和涡轮机区段的燃气涡轮机的燃烧系统中的预混器进行分级的方法，包括：/n提供多个燃烧器，每个燃烧器包括预混器；/n将来自所述压缩机区段的压缩空气提供给所述预混器；/n提供多个燃料回路，所述多个燃料回路将燃料输送到所述预混器，以提供用于所述燃烧系统中的燃烧的预混合空气和燃料；/n根据底数为二的幂模式将预混器与每个燃料回路相关联；以及/n通过激活或停用相关联的燃料回路以分别向所述预混器输送燃料或停止至所述预混器的燃料输送，来分阶段地激活或停用所述预混器，其中连续级之间的分级步长根据底数为二的幂分级方案而定。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对在具有压缩机区段和涡轮机区段的燃气涡轮机的燃烧系统中的预混器进行分级的方法，包括：
提供多个燃烧器，每个燃烧器包括预混器；
将来自所述压缩机区段的压缩空气提供给所述预混器；
提供多个燃料回路，所述多个燃料回路将燃料输送到所述预混器，以提供用于所述燃烧系统中的燃烧的预混合空气和燃料；
根据底数为二的幂模式将预混器与每个燃料回路相关联；以及
通过激活或停用相关联的燃料回路以分别向所述预混器输送燃料或停止至所述预混器的燃料输送，来分阶段地激活或停用所述预混器，其中连续级之间的分级步长根据底数为二的幂分级方案而定。


2.根据权利要求1所述的方法，其中与给定燃料回路n相关联的预混器的数量由下式给出：
与燃料回路相关联的预混器的数量=
其中n=燃料回路数，p=分级步长并且。


3.根据权利要求1所述的方法，其中给定数量的燃料回路的预混器的总数量由下式给出：
预混器的总数量=
其中n=燃料回路数，p=分级步长并且。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，可能的分级步骤的总数量由下式给出：
可能的分级步骤的总数量=S=N/p-1
其中N=预混器的总数量，并且p=分级步长。


5.根据权利要求1所述的方法，其中随着燃烧室入口温度减少，有效预混器或燃烧器的数量通过增加所述分级步长的连续倍数而减少，其中相关联的燃料回路根据底数为二的幂模式被重新组合。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述分级步长遵循以下模式：所述模式包括N-p、N-2p、N-3p、N-4p、N-5p、N-6p、N-7p，其中，N=预混器的总数量，并且p是所述分级步长，并且其中随着燃烧室入口温度减少，所述模式继续直到有效预混器或燃烧器的数量等于所述分级步长p为止。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，随着燃烧室入口温度增加，有效预混器或燃烧器的数量通过减少所述分级步长的连续倍数而增加，其中相关联的燃料回路根据底数为二的幂模式被重新组合。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述分级方案将燃烧器火焰温度维持在适合于减少燃气涡轮机排放的范围内。


9.根据权利要求1所述的方法，其中燃料回路的激活或停用由燃料阀控制。


10.一种用于对在具有压缩机区段和涡轮机区段的燃气涡轮机的燃烧系统中的预混器进行分级的方法，包括：
提供多个燃烧器，每个燃烧器包括预混器；
将来自所述压缩机区段的压缩空气提供给所述预混器；
提供多个燃料回路，所述多个燃料回路将燃料输送到所述预混器，以提供用于所述燃烧系统中的燃烧的预混合空气和燃料；
根据底数为二的幂模式将所述预混器与每个燃料回路相关联；其中至少一个燃烧器包括与第一燃料回路相关联的第一预混器；以及
通过激活或停用相关联的燃料回路...

【专利技术属性】
技术研发人员：M富里，M恩格尔哈德特，F桑切斯，T斯卡林奇，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE